SOLUCION DE UN EXAMEN DE SEGURIDADDescripción completa
Descripción: solucione de ejercicios de fisica
invope
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ma
radioproteccion
Descripción: Tecnologias de la Informacion 2017
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IY
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Departamento de Ciencias
Calculo 1_Ingeniería
SOLUCIÓN SESIÓN 14 Optmización aplicada a la Ingeniería y Gestón Empresarial 1.
Tres Tres fábricas están situados en los vérces de un triángulo isósceles. Las fábricas B y C que distan entre si de 16 K están situados en la base! ientras que la fábrica " dista 1# K de la base del triángulo. $" qué distancia de "! a lo largo de la altura! se debe colocar una instalación de bobeo de agua de anera que se e%lee la enor longitud de ca&er'as %ara abastecer de agua las tres fábricas( Solución:
)ea x la distancia buscada desde "! *asta +. ,agaos un grá-co del %roblea!
!
M
N
C 9 9 sando el teorea de /itágoras se encuentra la *i%otenusa del triángulo rectángulo
esto es!
64 +( 10− x ) √ 64
2
BMN !
. "deás coo el triángulo ABC es isósceles! es decir el ángulo
B es igual al ángulo C ! adeás AN ! es altura! lo cual cae %er%endicularente al lado BC ! de esto se ene que el triángulo BAN es congruente con el triángulo CAN . /or tanto 0 es %unto edio del lado BC . )ea L la longitud de las ca&er'as! %ara abastecer de agua a las tres fábricas! L= AM + BM + CM l ob2evo es inii3ar L L= x + 2 √ 64 64 +(10 − x ) 4erivando L ! teneos 2 ( 10 − x ) ' L = 1− 2 64 +( 10− x ) √ 64 2
5gualaos a cero %ara o%i3ar 1−
2 ( 10− x )
2 ( 10− x ) 2 = → 0 → 1= 64 64 + ( 10 − x ) =2 ( 10 − x ) √ 2 2 64 + ( 10 − x ) 64 + ( 10 − x ) √ 64 √ 64
/odeos elevar al cuadrado a abos lados de la igualdad! %ues longitud 7ver grá-co8! entonces
− x > 0 ! re%resenta
10
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64 + (10 − x )
→
64 3
2
Calculo 1_Ingeniería
=4 (10 − x )2 → 64 =3 ( 10− x )2 2
= ( 10− x ) → ±
√
64 3
=10 − x → x =10 ±
l valor que nos interesa es
x =10−
√
64 3
√
64 3
→ x ≈ 5.4
/ara asegurar que nos genera un 'nio! usaos el criterio de la %riera derivada! %ara esto usaos %untos cercanos al :.;! estos serán : y 6! luego ree%la3aos en la %riera derivada y anali3aos en la recta real
?
(
:
6
:.;
l cabio de enos a ás garan3a que el valor %ara x =5.4 genera un 'nio! %or lo tanto la instalación de bobeo se debe colocar a 5.4 km del vérce A . ".
)e dis%one de un tro3o de adera que ene la fora de un tronco de cono circular recto de 1# c de altura! y se desea cortar un sólido cil'ndrico del ayor voluen %osible. Las bases del tronco enen coo diáetros ; y < c! res%ecvaente. a8 Calcular las diensiones del cilindro. b8 Calcular el voluen del cilindro. Solución:
)ea el cilindro de color negro y l'neas %unteadas el cilindro buscado! llevando la grá-ca en un sistea de coordenadas! vaos a asuir que el radio de la base es x ! y la altura es y
#"$1%&
#4.'$%&
l %ar ordenado ( x , y ) sasface la ecuación de la recta que %asa %or los %untos 7=!1#8 y 7;.:!#8! es decir y =−4 ( x −4.5 ) → y =−4 x + 18 >ee%la3ando en la fórula del voluen del cilindro 2 V = π r h
V = π x (− 4 x + 18 ) 2
⟹
V = π (−4 x + 18 x 3
2
)
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a8 /ara *allar las diensiones del cilindro! derivaos la función ob2evo7voluen del cilindro8 y luego igualaos a cero V ' = π (−12 x + 36 x ) 2
π ( −12 x + 36 x )= 0 → −12 x ( x −3 )= 0 → x =0 ∨ x = 3 4e estos valores el valor que sirve es x = 3 ! a*ora veaos si genera el voluen á@ioA /ara esto usaos el criterio de la segunda derivada 2
V ' ' = π ( −24 x + 36 ) >ee%la3ando en la segunda derivada el valor de x =3 ! se ene π (−24 ( 3 )+ 36 )=−36 π < 0 "l obtenerse un valor negavo! el criterio de la segunda derivada dice! que voluen á@io
x =3 genera el
,allaos la altura y =−4 ( 3 ) + 18=6
ntonces las diensiones son
b8 l voluen á@io es ).
{
x =3 y =6
2
V = π ( 3 ) ( 6 )=54 π cm
3
n farol debe ser colgado e@actaente encia del centro de una %la3uela circular de radio >. La iluinación de la %la3uela es directaente %ro%orcional al coseno del ángulo de incidencia de los rayos luinosos e 5/ a la distancia entre el foco luinoso y donde se quiere iluinar. $" qué altura deberá estar el farol %ara que iluine! lo e2or %osible! una senda que rodea la %la3uela( Solución:
Considereos las siguientes variables y el gra-co siguiente θ ngulo de incidencia x "ltura que debe ser ubicado el farol ´ 4istancia entre el farol y donde se quiere iluinar AB I 5luinación de la %la3uela
"
B
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Recuerda
dos agnitudes
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A
y
son directaente %ro%orcionales si
B
A =k ! B
adeás A y B son inversaente %ro%orcionales s' A . B =k . De acuerdo al enunciado:
La iluinación de la %la3uela es directaente %ro%orcional al coseno del ángulo de incidencia de los rayos luinosos e 5/ a la distancia entre el foco luinoso y donde se quiere iluinar. ntonces I 2 2 . √ R + x = K cosθ I =
K cosθ
√ R + x 2
2
bservando el triángulo "B! se ene
cos θ
=
x
√ R + x 2
2
! ree%la3ando en la ecuación anterior!
se ene Kx I = 2 2 R + x La que viene a ser nuestra función ob2evo. Luego %rocedeos a derivar R R 2 2
(¿ ¿ 2 + x )
(¿ ¿ 2 + x ) ' ( Kx ) ( R + x )−( KX ) ¿ I =¿ 2
'
2
2
K ( R − x 2
I ' =
2
)
2 2
( R + x ) 2
"l igualar a cero la derivada no queda otra o%ción que x = R ntonces la altura que se debe ubicar el faro es la isa edida que el radio de la %la3uela 4.
,allar el voluen á@io de un cono circular recto inscrito en una esfera de radio D>E. Solución:
Considereos las siguientes variables y el gra-co siguiente r >adio del cono h "ltura del cono
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4el triángulo rectángulo forado! sacaos la relación entre el radio y la altura del cono ediante /itágoras! as'
( h− R )2+ r 2= R2 →r 2 = R 2−( h − R )2 → r 2=2 hR −h2 2
"*ora veaos la función ob2evo! el voluen del cono es π ( 2 hR −h ) h 2
>ee%la3ando
r
! se ene
2
V =
3
V =
πr h 3
π ( 2 h R− h 2
=
3
)
3
)e deriva y se iguala a cero %ara obtener la altura que genera el voluen á@io! as' π ( 4 hR −3 h
2
V ' =
)
3
)i igualaos a cero esta derivada obteneos dos valores %ara la altura! h= 0 ∨ h=
4 R 3
4e los dos! el valor que genera el voluen á@io es h=
4 R 3
.
/ara *allar el voluen á@io ree%la3aos en la función ob2evo
(
2
π 2 ( 4 R / 3 ) R −( V =
3
3
)
)
3
bteniendo V = '.
4 R
32 π
R
3
81
na ventana 0oranda se construye 2untando un seic'rculo a la %arte su%erior de una ventana rectangular ordinaria. ncontrar las diensiones y el área de dic*a ventana si su %er'etro total es de 16 y su área debe ser á@ia. Solución:
)e construye el grá-co segFn el enunciado en un %lano cartesiano
#
y
@
J
/er'etro 16 16 G longitud de la seicircunferencia H los tres lados del rectángulo. 16G @ H =@ H =y Iué %ase la á@ia lu3 signi-ca que el área de la ventana debe ser á@io. ntonces el área total es
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rea total G rea del )eic'rculo H rea del rectángulo x2
p
A(x)
=
+
2
2xy
x2
16 � 2x � �
p =
+
2
-
(p
+
2)x �
�= 16x �
2
x2
p -
2
-
2x 2
4erivando e igualando a cero se ene A '(x)
=
16
x
- p
-
4x
0 � x
=
16
=
4
p +
se el criterio de la segunda derivada. A ''(x )
= -p -
4
<
� 16 �p + 4
0 � A�
s valor á@io de la función área.
/or lo tanto! las diensiones de la venta son >adio del c'rculo x
)e uli3arán =# de alabre %ara cercar dos terrenos de diferentes foras. $Iué candad de alabre debe uli3arse en cada uno de los siguientes casos! %ara que el área total encerrada sea á@ia( a8 Triángulo equilátero y cuadrado. b8 ,e@ágono regular y c'rculo. Solución:
a8 Triángulo equilátero y cuadrado.
/er'etro del triángulo G 3 a /er'etro del cuadrado G 4 l 3 a + 4 l =20 → a=
Luego
20 −4 l 3
a √ 3 2
La función ob2evo es el área
A =
4
+ l2
>ee%la3ando se ene
( 20 −4 l ) √ 3 +l A = 2
2
36
4erivando la función ob2evo se ene A ' =
−2 (20 − 4 l ) √ 3 9
+2l
5gualando la derivada a cero! se ene
2l
=
(
2 20
−4 l ) √ 3 9
→ 9 l = 20 √ 3 − 4 √ 3 l → ( 9 + 4 √ 3 ) l =20 √ 3
4es%e2ando el lado del cuadrado! se ene l=
20 √ 3 9
+ 4 √ 3
>ee%la3aos %ara *allar el valor de
a=
180 −80 √ 3
/ara que el área sea á@ia! se debe toar
11
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/ara el triángulo G
/ara el cuadrado G
Calculo 1_Ingeniería 540
−240 √ 3
etros de alabre
11 8 0 √ 3
etros de alabre
9 4 √ 3
+
b8 ,e@ágono regular y c'rculo.
/er'etro del *e@ágono G 6 a /er'etro del c'rculo G 2 πr 6 a + 2 πr =20 → 3 a + πr =10 → a=
Luego
La función ob2evo es el área
A =
3a
2
√ 3
2
10− πr
+π r
3
2
>ee%la3ando se ene A =
( 10 −πr )2 √ 3 6
+ π r2
4erivando la función ob2evo se obene A ' =
−π ( 10 − πr ) √ 3 3
+ 2 πr
5gualando la derivada a cero! se ene 2 πr =
π ( 10− πr ) √ 3 3
→ 6 r =10 √ 3−√ 3 πr → ( 6 + √ 3 π ) r =10 √ 3
4e donde des%e2ando el radio se ene r=
10 √ 3
( 6 + √ 3 π )
! luego ree%la3aos este valor %ara obtener
/ara que el área sea á@ia! se debe toar /ara el *e@ágono G
40 √ 3
( π +2 √ 3 )
etros de alabre
a=
20 √ 3
3 ( π + 2 √ 3 )
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/ara el c'rculo G
+.
20 π √ 3
( 6 + √ 3 π )
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etros de alabre
)e quiere construir un tanque en fora de cilindro circular recto abierto %or la %arte su%erior y con una ca%acidad de M## M. )i el aterial a usarse %ara la base 7%or =8 cuesta el doble que la %ared lateral! $Iué relación debe e@isr entre la altura del tanque y el radio de la base %ara que la construcción del tanque resulte lo ás econóica %osible( Solución:
a8 )egFn el grá-co el radio de la base es r y la altura del cilindro es h A adeás el voluen del 2 cilindro es V = p r h A %or inforación del %roblea el voluen es de M## etros cFbicos! entonces ree%la3ando en la fórula se ene
2
r h = 300
p
h=
⟹
300 2
r
p
4e donde se obene la altura coo función del radio. b8 /ara *allar el costo! teneos que conocer la candad de etros cuadrados %ara la base y %ara la %arte lateral
l costo del aterial de la base cuesta el doble que la cara lateral .
Luego obteneos el costo total de fabricación de la lata C ( r ) =2 pπ r + pπrh 2
Co%oniendo con D h E C ( r ) =2 pπ r
2
pπr
+
( ) 300
πr
2
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2
C ( r ) =2 pπ r +
300 p
r
cor > 0
La función costo! es la función que deseaos o%i3ar y %ara esto la derivada debe anularse '
C = 4 pπr −
300 p 2
r 5gualando a cero! se ene 4 pπr −
300 p
r
2
=0 → 4 πr =
300
r
2
→ 4 r=
300
πr
2
→ 4 r =h
n donde %odeos observar que %ara o%i3ar el costo! la altura debe ser el cuádru%le del radio.
,.
na %elota se lan3a vercalente *acia arriba! desde lo alto de un edi-cio de 11= de altura. 2 h t = -16t + 96t ( ) La ecuación del oviiento es ! donde la altura D*E está dada en etros y el e%o DtE en segundos. a& Calcular la velocidad instantánea de la %elota luego de transcurrir = segundos. -& Calcular la altura á@ia y el e%o en que la alcan3a. c& $Cuánto tarda la %elota en llegar al suelo(
Solución:
a& /rieraente derivaos! %ara conocer la velocidad en cualquier instante h ( ! ) =−32 ! + 96 "*ora ree%la3aos el e%o '
h (2 )=−32 ( 2 ) + 96 =32 m / s '
-& /ara calcular la altura á@ia! igualaos la derivada a cero −32 ! + 96 =0 →! =3 s Con esto sabeos que cuando %asa M segundos se obene la altura á@ia que es de 2
h ( 3 ) =−16 ( 3 ) + 96 ( 3 )=144 m )i suaos a esto la altura del edi-cio! la altura á@ia es de
256 m
c& /ara que la %elota toque el suelo! la altura total debe ser cero! es decir −16
2
!
!
+ 96 + 112=0
→ −16 ( ! + 1 ) ( ! −7 )= 0 → ! =7 s
)igni-ca que la %elota toca el suelo des%ués de N segundos.
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.
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La %otencia eléctrica / 7en OaPs8 de un circuito de corriente directa con dos resistores > 1 y >= P (t ) =
v� R1 � R2 2
( 1 2 ) ! donde DvE es el volta2e. )i el volta2e y > 1 se conectados en %aralelo es anenen constantes! calcular >= cuando la %otencia es á@ia. R
+
R
Solución:
/ara obtener R2 que genere la %otencia á@ia debeos derivar la función %otencia y luego igualar a cero! es decir 2
" ( ! )= '
# R 1 ( R 1+ R 2 ) −2 # R 1 R2 ( R1 + R2 )
( R + R ) 1
4
=
# R 1 ( R 1+ R 2) ( R 1− R2 ) 4
( R + R )
2
1
2
5gualando a cero esta derivada! observaos que se vuelve cero cuando
R 2=± R1 ! %ero el
valor que nos interesa es R 2= R1 /or lo tanto la resistencia es á@ia cuando las dos resistencias son iguales.
1%. La lu3 se reQe2a en un es%e2o %ara ir desde el %unto " *asta B. ,allar el %unto de reQe@ión en el es%e2o que inii3a la distancia recorrida. Los ángulos de incidencia y reQe@ión son iguales. A
B
2 1 q
x
4-x
0|
q
|
/
|N
Solución:
n el triángulo "+/! a%licando /itágoras teneos $ 1=√ x 2+ 4 n el triángulo /0B! a%licando /itágoras teneos $ 2=√ ( 4 − x )2 + 1 , 0 < x < 4 /or lo tanto la distancia recorrida es
$ = √ x + 4 + √ ( 4 − x ) + 1 2
2
/rieraente se deriva y luego se iguala a cero '
$=
x 2 √ x + 4
−
( 4 − x ) √ (4 − x )2+ 1
Luego igualando a cero! se ene
x
√ x + 4 2
=
( 4 − x ) √ (4 − x ) + 1 2
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)e %uede elevar al cuadrado a abos lados debido a que
0 < x < 4 ! luego se ene
2
2 ( 4 − x ) x 2 2 2 2 = → x (( 4 − x ) + 1 ) =( 4 − x ) ( x + 4 ) 2 2 x + 4 ( 4 − x ) + 1
x =4 ( 4 − x ) → 3 x − 32 x + 64 =0 → (3 x − 8 ) ( x − 8 ) =0 2
2
2
4e donde se ene dos valores x =
3 8
∨ x
= 8 ! descartando el valor de 9 %ues
sto quiere decir que el %unto de reQe@ión debe estar a
3 8
0 < x < 4 .
unidades de la base de ".
Optmización aplicada a la Gestón 11. La asociación 0acional de Consuidores *a sido fundada en el a&o 1<9<. )e sabe que DtE a&os des%ués de la fundación el total de asociados a la asociación está dado %or
(
f (t ) = 100 �2 t 3
-
45t 2
+
264t )
. $Cuándo! entre el 1<9< y =##M! se ene el á@io nFero de asociados( $Cuándo! entre el 1<9< y =##M! se ene el 'nio nFero de asociados(
a8 b8
Solución:
/ara *allar los á@ios y 'nios! en %rier lugar debeos derivar la función ob2evo % & ( ! ) =100 ( 6 ! −90 ! + 264 ) 2
Luego se iguala a cero %ara obtener los e@treos relavos
(
2
100 6 !
−90 ! +264 )= 0 → 600 ( ! −4 ) ( ! −11)=0
4e donde se ene dos valores ! =4 ∨ ! =11 ! que vienen a ser los %untos cr'cos! %ara ver los á@ios y 'nios usaos el criterio de la segunda derivada! %ara esto derivaos nuevaente la función % ' ' ( ! )=100 ( 12 ! −90 )= 600 ( 2 ! −15) >ee%la3aos cada uno de los %untos cr'cos ' '
%
( 4 )=600 ( 2 ( 4 )−15 ) =−4200 < 0
"l originar un valor negavo en la segunda derivada! esto signi-ca que á@io
! =4 genera un
% ( 11 )=600 ( 2 ( 11)− 15 )= 4200 > 0 ' '
"l original un valor %osivo en la segunda derivada! esto signi-ca que 'nio
! =11 genera un
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a8 Coo 1<9< re%resenta que la variable ! =0 ! cuando ! =4 re%resenta el a&o 1<
Solución:
a8 n %rier lugar *allaos la función ingreso %roedio y la función ingreso arginal I 128 I ( )= =−2 + 68− , >0 I ( )=−4 + 68 , > 0 '
5ngreso %roedio
5ngreso arginal
5gualando estas funciones! se ene
−2 + 68−
128
=−4 +68 → 2 =
128
2
→ = 64 → = 8
l ingreso %roedio es igual al ingreso arginal cuando se vende 9 unidades b8 /ara obtener el ingreso á@io! igualaos a cero el ingreso arginal −4 + 68= 0 → =17 /ara ver si genera el ingreso á@io! usaos el criterio de la segunda derivada I ' ( )=−4 < 0 "l ser negavo el valor obtenido de 1N unidades es la candad que genera el ingreso á@io! %or lo tanto el ingreso á@io es '
2
I ( 17 ) =−2 ( 17 ) + 68 ( 17 )−128= 450
s decir el ingreso á@io es de ;:# soles 1). n una e%resa +ono%ol'sca! la ecuación de la deanda de cierto arRculo es P ( q) = 6 -
1 5
q - 100
! donde D/E es el %recio 7soles8 y DqE es la deanda de arRculos. l costo
total de la %roducción de arRculos es C (q ) = 2q + 100 . $Cuántas unidades %roducen una ulidad á@ia( Solución:
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n %rier lugar debeos encontrar la función ob2evo! es decir la ulidad! %ara esto recordar que ( = I −C ! I ingreso total! C costo total
/ara resolver esta ecuación a%licaos un cabio de variable! sea x = √ −100 , x ) 0 ntonces la ecuación queda 40 x −2 x
→ x=
10 3
2
x
=
∨ x
2
+ 100
→ 3 x
2
x +100 =0 → ( 3 x −10 ) ( x −10 )=0
− 40
=10
)i teneos x =√ −100 → = x 2+ 100 >ee%la3ando los dos valores! se ene
=
1000 9
∨ =200
/ara ver los á@ios y 'nios usaos el criterio de la %riera derivada y de acuerdo al signo lo ubicaos en la recta real
(
Los signos *an sido %uestos de acuerdo al valor nuérico que sale al ree%la3ar %untos bien cercanos a los %untos cr'cos en la derivada! el criterio de la %riera derivada dice que si alrededor del %unto cr'co *ay un cabio de ás 7creciente8 a enos 7decreciente8! este %unto cr'co genera un á@io. s decir el nFero de unidades que deben ser %roducidas y vendidas %ara obtener la ulidad á@ia es =## unidades.
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C
=
q2 4
+
3q + 400
14. La función de costo total está dada %or ! donde C es el costo total de %roducir q unidades. 4eterine %ara que nivel de %roducción se inii3ará el costo %roedio y cual su valor 'nio. Solución:
n %rier lugar debeos encontrar la función ob2evo! es decir la función costo %roedio ´ ( )= C = + 3 + 400 , > 0 C 4 "*ora %ara obtener los %untos cr'cos! se debe derivar la función ob2evo y luego igualar a cero 1
´ ( )= − C '
400 2
4
Luego igualaos a cero 1
=
4
400
2
2
→ =1600 → =40
/ara ver si inii3a la función! usaos el criterio de la segunda derivada! %ara esto derivaos nuevaente la función y ree%la3aos el %unto cr'co! es decir
´ C
' '
( 40 )=
800
( 40 )
3
>0
"l obtenerse una candad %osiva! signi-ca que =40 %roducción que inii3a el costo %roedio es ;# unidades
genera un 'nio. /or lo tanto! la
1'. n arRculo en una revista de sociolog'a a-ra que si a*ora se iniciase un %rograa es%ec'-co de servicios de salud! entonces al cabo de t a&os! n iles de %ersonas adultas recibir'an
n=
t 3 3
-
6t 2
bene-cios directos! donde nFero de bene-ciarios sea á@io.
+
32t , 0 �t �12
. 4eterine el valor de t %ara que el
Solución:
/ara encontrar los e@treos relavos de esta función! se debe derivar y luego igualar a cero '
/ara conocer el á@io y el 'nio usaos el criterio de la segunda derivada
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''
=2 ! −12 >ee%la3aos los %untos cr'cos
( 4 ) =2 ( 4 ) −12=−4 <0 entonces ! =4 genera un á@io '' ( 8 )=2 ( 8 )−12 =4 < 0 entonces ! =8 genera un 'nio
''
s decir %ara que la candad de Bene-ciarios sea á@ia debe %asar ; a&os. 1*. /ara el %roducto de un ono%olista! la función de deanda es q valor de % %ara el cual se obene el ingreso á@io.
=
10000e
0.02 p
-
Solución:
n %rier lugar debeos encontrar la función ob2evo! es decir la función 5ngreso I = p= p ( 10000 +
− 0.02 p
) , p >0
"*ora derivaos e igualaos a cero %ara obtener los %untos cr'cos −0.02 p
'
I =10000 + −200 p + Luego! igualaos a cero −0.02 p 10000 +
= 200 p +−
− 0.02 p
0.02 p
→ p = 50
/ara ver si genera un á@io! usaos el criterio de la segunda derivada ' '
−0.02 p
I ( p )=4 +
( p −100 )
>ee%la3ando el %unto cr'co! se ene ' '
I
( 50 )=4 +
−0.02
p
( 50−100 )=−200 +
−0.02
p
<0
Lo cual signi-ca que p=50 ! genera un á@io. s decir! se obene el ingreso á@io cuando el %recio es :#.